JP2018005078A - Optical scanner, projector, and display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner which is desirable for reducing the size of a projector or a display device.SOLUTION: The optical scanner includes: a light source; a scanning member for deflection-scanning a light beam emitted from the light source to a scanning region in two dimensions of a first direction and a second direction perpendicular to each other; and an entrance optical system for entering the light beam emitted from the light source to the scanning member, the scanning region having a first region and a second region surrounding the first region, and at least a part of the entrance optical system overlapping with the part of the second region which is near one of the two regions formed by dividing the scanning region by a line parallel to the first direction when the scanning region is observed from the scanning member side.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光走査装置、投影装置及び表示装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning device, a projection device, and a display device.

表示装置及び投影装置として、例えば、プロジェクタや、自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載され、操縦者が少ない視線移動で警報又は情報を視認することが可能になるヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という。）が知られている。   As a display device and a projection device, for example, a head-up display (hereinafter referred to as “HUD”) that is mounted on a moving body such as a projector or an automobile, an aircraft, a ship, etc. ") Is known.

特許文献１には、中間像を形成するスクリーンを湾曲させたヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a head-up display device in which a screen for forming an intermediate image is curved.

ところで、表示装置及び投影装置は、小さいほど設置の自由度が増す。特に、移動体に搭載されるＨＵＤにおいては、移動体の内部空間を有効活用するために小型化が望まれている。   By the way, the smaller the display device and the projection device, the greater the degree of freedom of installation. In particular, in the HUD mounted on the mobile body, downsizing is desired in order to effectively use the internal space of the mobile body.

本発明は、投影装置や表示装置の小型化に好適な光走査装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical scanning device suitable for downsizing a projection device and a display device.

本発明は、光源と、光源から射出される光束を走査領域に向かって、第一の方向及び第一の方向と直交する第二の方向とからなる二次元に偏向走査する走査部材と、光源から射出される光束を走査部材へと入射する入射光学系と、を有し、走査領域は、第一の領域と、前記第一の領域の周囲に前記第一の領域を囲んで配置された第二の領域とを有し、入射光学系の少なくとも一部は、走査部材側から走査領域を観察すると、第一の方向に平行な線分で走査領域を二分した一方の側の第二の領域と重複して配置されていることを最も主要な特徴とする。   The present invention is directed to a light source, a scanning member that deflects and scans a light beam emitted from the light source in a two-dimensional direction including a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and a light source. An incident optical system that enters the scanning member into the scanning member, and the scanning region is disposed around the first region and the first region around the first region. And at least a part of the incident optical system has a second region on one side that bisects the scanning region by a line segment parallel to the first direction when the scanning region is observed from the scanning member side. The most important feature is that the area overlaps with the area.

本発明によれば、投影装置や表示装置の小型化に好適な光走査装置を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an optical scanning device suitable for downsizing a projection device and a display device.

本発明に係る表示装置の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows embodiment of the display apparatus which concerns on this invention. 上記表示装置が備える光源部の構成を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the structure of the light source part with which the said display apparatus is provided. 本発明に係る表示装置の他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the display apparatus which concerns on this invention. 上記光源部からの光束が、上記表示装置が備える光偏向器により走査されて走査領域に中間像を形成する様子を示す光路図である。FIG. 6 is an optical path diagram illustrating a state where a light beam from the light source unit is scanned by an optical deflector included in the display device to form an intermediate image in a scanning region. 上記走査領域を主走査方向および副走査方向に垂直な方向から見た図である。It is the figure which looked at the above-mentioned scanning field from the direction perpendicular to the main scanning direction and the sub-scanning direction. 上記走査領域における像形成領域と非像形成領域を示す図である。It is a figure which shows the image formation area and non-image formation area in the said scanning area. 上記非像形成領域内に配置された検知領域と非検知領域の配置関係を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the detection area | region arrange | positioned in the said non-image formation area, and a non-detection area | region. 上記検知領域と上記検知領域に配置された検知部を示す図である。It is a figure which shows the detection part arrange | positioned at the said detection area and the said detection area. 上記非像形成領域における、光量測定領域を示す図である。It is a figure which shows the light quantity measurement area | region in the said non-image formation area. 上記走査領域と上記光源部が備えるレンズの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the lens with which the said scanning area | region and the said light source part are provided. 本発明に係る表示装置における、上記光偏向器へ入射する光束が走査領域に至る様子を示す光路図である。It is an optical path diagram which shows a mode that the light beam which injects into the said optical deflector reaches the scanning area | region in the display apparatus which concerns on this invention. 従来の表示装置における、従来の表示装置が備える光偏向器へ入射する光束が走査領域に至る様子を示す光路図である。It is an optical path diagram which shows a mode that the light beam which injects into the optical deflector with which the conventional display apparatus is provided in the conventional display apparatus reaches a scanning area | region. 本発明に係る表示装置の、他の実施形態における走査領域の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the scanning area | region in other embodiment of the display apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る表示装置の、さらに他の実施形態における走査領域の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the scanning area | region in further another embodiment of the display apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る表示装置の、さらに他の実施形態における光源部の構成を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the structure of the light source part in further another embodiment of the display apparatus which concerns on this invention.

●表示装置（１）●
以下、本発明に係る表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る表示装置の実施形態であるＨＵＤ１について説明する。 ● Display device (1) ●
Embodiments of a display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, HUD1 which is embodiment of the display apparatus which concerns on this invention is demonstrated.

●表示装置の概要●
図１に示すように、ＨＵＤ１は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。ＨＵＤ１は、当該移動体の操縦者の視界内に情報を表示する。この「情報」とは、例えば、当該移動体の移動に関連する情報や当該移動体の動作に関連する情報等である。また、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。 ● Outline of display device ●
As shown in FIG. 1, the HUD 1 is a device that is mounted on a moving body such as an automobile, an aircraft, or a ship. The HUD 1 displays information within the field of view of the operator of the moving body. This “information” is, for example, information related to the movement of the moving object, information related to the operation of the moving object, or the like. Also included are alarms for notifying the operating state of the moving body.

ＨＵＤ１は、後述する像形成部に中間像を形成し、操縦者の視界に投射することで、中間像に対応する虚像２を視認させる装置である。   The HUD 1 is a device that forms an intermediate image in an image forming unit, which will be described later, and projects the image onto the driver's field of view, thereby visually recognizing the virtual image 2 corresponding to the intermediate image.

●表示装置の構成
図１に示すように、ＨＵＤ１は、入射光学系の例である光源部１００と、走査光学系２００と、観察光学系３００と、を備えている。本実施形態では、ＨＵＤ１を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。 Configuration of Display Device As shown in FIG. 1, the HUD 1 includes a light source unit 100 that is an example of an incident optical system, a scanning optical system 200, and an observation optical system 300. In the present embodiment, a case where the HUD 1 is mounted on an automobile will be described as an example.

●光源部１００の概要
光源部１００は、虚像２の元になる中間像の形成に用いる光束を出射する。虚像２をカラー画像にするのであれば、光源部１００からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。 Outline of the light source unit 100 The light source unit 100 emits a light beam used for forming an intermediate image from which the virtual image 2 is based. If the virtual image 2 is to be a color image, a light beam corresponding to the three primary colors of light necessary for the color image is emitted from the light source unit 100.

●走査光学系２００の概要
走査光学系２００は、光源部１００から出射された光束に基づいて、像形成部２２に中間像を形成する。 Overview of Scanning Optical System 200 The scanning optical system 200 forms an intermediate image on the image forming unit 22 based on the light beam emitted from the light source unit 100.

●観察光学系３００の構成
観察光学系３００は、凹面ミラー３１と、光コンバイナ３２と、を有してなる。 Configuration of Observation Optical System 300 The observation optical system 300 includes a concave mirror 31 and an optical combiner 32 .

走査光学系２００において形成された中間像は、観察光学系３００の反射光学素子である凹面ミラー３１において拡大されて投射される。拡大投射された中間像は、観察光学系３００の一部を構成する光コンバイナ３２において観察者３に向けて反射される。   The intermediate image formed in the scanning optical system 200 is enlarged and projected by the concave mirror 31 that is a reflection optical element of the observation optical system 300. The enlarged and projected intermediate image is reflected toward the observer 3 by the optical combiner 32 constituting a part of the observation optical system 300.

本実施形態では、光コンバイナ３２としてフロントウインドシールド５０、いわゆるフロントガラスを用いている。または、専用の光コンバイナ３２を観察者３の視界内に配置してもよい。   In the present embodiment, a front windshield 50, a so-called windshield, is used as the optical combiner 32. Alternatively, a dedicated optical combiner 32 may be arranged in the field of view of the observer 3.

光コンバイナ３２において拡大投射された中間像が反射されると、観察者３の視覚には、光コンバイナ３２の物理的な位置とは異なる位置（観察者３から離れる方向の位置）に虚像２が現れる。すでに説明したとおり、虚像２において観察者３に認知される情報は、例えば自動車の運転に関連する情報であって、具体的には、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。   When the intermediate image magnified and projected by the optical combiner 32 is reflected, the visual image of the observer 3 is a virtual image 2 at a position different from the physical position of the optical combiner 32 (a position away from the observer 3). appear. As already described, the information recognized by the observer 3 in the virtual image 2 is, for example, information related to driving of a car, specifically, navigation information such as the speed, travel distance, and destination display of the car. is there.

一般的に中間像が投射される光コンバイナ３２としてのフロントウインドシールド５０は、平面ではない。したがって、投射された中間像に係る光束は平面ではない面に投射されることになる。   In general, the front windshield 50 as the optical combiner 32 on which the intermediate image is projected is not a plane. Therefore, the light flux related to the projected intermediate image is projected onto a non-planar surface.

すなわち、現れる虚像２は、フロントウインドシールド５０の形状に即して歪む。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー３１の形状は工夫されている。例えば、凹面ミラー３１は、中間像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正するような反射面を有している。凹面ミラー３１は、反射面によって虚像２の歪みが補正される位置に配置される。   That is, the appearing virtual image 2 is distorted according to the shape of the front windshield 50. Therefore, in order to correct this distortion, the shape of the single concave mirror 31 is devised. For example, the concave mirror 31 has a reflecting surface that corrects an optical distortion element in which the horizontal line of the intermediate image is convex upward or downward. The concave mirror 31 is disposed at a position where the distortion of the virtual image 2 is corrected by the reflecting surface.

凹面ミラー３１と光コンバイナ３２によって、観察者３は、中間像を視野内の広い領域に虚像２として視認する。これによって、観察者３が頭を少々動かしたり、視点を動かしたりしても虚像２を確実に視認できる。   By the concave mirror 31 and the optical combiner 32, the observer 3 visually recognizes the intermediate image as a virtual image 2 in a wide area in the field of view. Thereby, even if the observer 3 moves his head a little or moves the viewpoint, the virtual image 2 can be reliably recognized.

なお、観察者３の視点は、単に基準となる視点位置、すなわち基準アイポイントを示している。観察者３の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。   The viewpoint of the observer 3 simply indicates a reference viewpoint position, that is, a reference eye point. The viewpoint range of the observer 3 is equal to or less than the driver's eye range (JIS D0021) of the automobile.

ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる３次元直交座標系を説明する。図１に示すように、観察者３の視野方向である移動体の前進方向をＺ軸とする。この場合、虚像２から観察者３へ向かう方向、すなわち移動体の後退方向を＋Ｚ方向とし、観察者３の視線方向、すなわち移動体の前進方向を−Ｚ方向とする。観察者３の視野の左右方向をＸ方向とする。この場合、観察者３の右方向、すなわち紙面奥方向を＋Ｘ方向とし、観察者３の左方向、すなわち紙面手前方向を−Ｘ方向、とする。また観察者３の視野の上下方向をＹ方向とする。観察者３の上方向を＋Ｙ方向とし、観察者３の下方向を−Ｙ方向とする。   Here, a three-dimensional orthogonal coordinate system used in common with the description of the embodiment according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the forward direction of the moving body, which is the visual field direction of the observer 3, is the Z axis. In this case, the direction from the virtual image 2 toward the observer 3, that is, the backward direction of the moving body is defined as the + Z direction, and the line-of-sight direction of the observer 3, that is, the forward direction of the moving body is defined as the -Z direction. The left-right direction of the visual field of the observer 3 is defined as the X direction. In this case, the right direction of the viewer 3, that is, the depth direction on the paper surface is defined as the + X direction, and the left direction of the viewer 3, that is, the front side of the paper surface is defined as the −X direction. The vertical direction of the visual field of the observer 3 is defined as the Y direction. The upward direction of the observer 3 is defined as + Y direction, and the downward direction of the observer 3 is defined as -Y direction.

以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をＸ方向、自動車の高さ方向をＹ方向、自動車の長さ方向をＺ方向とする。観察者３からみて左手方向が−Ｘ方向であって、右手方向が＋Ｘ方向である。観察者３からみて上方向が＋Ｙ方向である。自動車の後退方向が＋Ｚ方向であって、進行方向が−Ｚ方向である。   In other words, when the mobile body used for the description of the embodiment according to the present invention is an automobile, the width direction of the automobile is the X direction, the height direction of the automobile is the Y direction, and the longitudinal direction of the automobile is Z. The direction. From the viewpoint of the observer 3, the left hand direction is the -X direction, and the right hand direction is the + X direction. The upward direction when viewed from the observer 3 is the + Y direction. The reverse direction of the automobile is the + Z direction, and the traveling direction is the -Z direction.

●光源部１００の構成
次に、光源部１００の詳細な構成について図２を用いて説明する。光源部１００は、カラーの中間像を形成するために用いられる像形成用ビーム１０１を出射する。像形成用ビーム１０１は、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成した光ビームである。 Next, a detailed configuration of the light source unit 100 will be described with reference to FIG. The light source unit 100 emits an image forming beam 101 used to form a color intermediate image. The image forming beam 101 includes one beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). It is a light beam synthesized into

光源部１００は、光源素子として、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子を備えている。各色に対応する半導体レーザー素子を、第１レーザー素子１１０、第２レーザー素子１２０、第３レーザー素子１３０、とする。   The light source unit 100 includes a semiconductor laser element that emits laser light of each color as a light source element. The semiconductor laser elements corresponding to each color are referred to as a first laser element 110, a second laser element 120, and a third laser element 130.

また、光源部１００は、各レーザー素子から出射されるレーザー光の発散性を抑止するカップリングレンズを備えている。各色のレーザー光に対応するカップリングレンズを、第１カップリングレンズ１１１、第２カップリングレンズ１２１、第３カップリングレンズ１３１、とする。   Further, the light source unit 100 includes a coupling lens that suppresses the divergence of the laser light emitted from each laser element. The coupling lenses corresponding to the laser beams of the respective colors are a first coupling lens 111, a second coupling lens 121, and a third coupling lens 131.

また、光源部１００は、各カップリングレンズからの各レーザー光の光束径を規制して整形するアパーチャを備えている。各レーザー光に対応するアパーチャを、第１アパーチャ１１２、第２アパーチャ１２２、第３アパーチャ１３２、とする。   The light source unit 100 also includes an aperture that regulates and shapes the beam diameter of each laser beam from each coupling lens. The apertures corresponding to the respective laser beams are a first aperture 112, a second aperture 122, and a third aperture 132.

また、光源部１００は、整形された各色のレーザー光束を合成して像形成用ビーム１０１を出射するビーム合成プリズム１４０と、レンズ１５０と、を有する。   The light source unit 100 includes a beam combining prism 140 that combines the shaped laser beams of the respective colors and emits an image forming beam 101, and a lens 150.

第１レーザー素子１１０は、赤色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第２レーザー素子１２０は、緑色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第３レーザー素子１３０は、青色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。   The first laser element 110 is a laser element that emits a laser beam that forms a red image. The second laser element 120 is a laser element that emits a laser beam that forms a green image. The third laser element 130 is a laser element that emits a laser beam that forms a blue image.

第１レーザー素子１１０から出射されるレーザー光束の波長λＲは、例えば６４０ｎｍである。第２レーザー素子１２０から出射されるレーザー光束の波長λＧは、例えば５３０ｎｍである。第３レーザー素子１３０から出射されるレーザー光束の波長λＢは、例えば４４５ｎｍである。   The wavelength λR of the laser beam emitted from the first laser element 110 is, for example, 640 nm. The wavelength λG of the laser beam emitted from the second laser element 120 is, for example, 530 nm. The wavelength λB of the laser beam emitted from the third laser element 130 is, for example, 445 nm.

ビーム合成プリズム１４０は、赤色のレーザー光を透過させて緑色のレーザー光を反射する第１ダイクロイック膜１４１と、赤色と緑色のレーザー光を透過させて青色のレーザー光を反射する第２ダイクロイック膜１４２と、を有する。   The beam synthesis prism 140 includes a first dichroic film 141 that transmits red laser light and reflects green laser light, and a second dichroic film 142 that transmits red and green laser light and reflects blue laser light. And having.

第１レーザー素子１１０から出射される赤色レーザー光は、第１カップリングレンズ１１１と第１アパーチャ１１２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する赤色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１を通過して直進する。   The red laser light emitted from the first laser element 110 enters the beam combining prism 140 through the first coupling lens 111 and the first aperture 112. The red laser light incident on the beam combining prism 140 passes straight through the first dichroic film 141.

第２レーザー素子１２０から出射される緑色レーザー光は、第２カップリングレンズ１２１と第２アパーチャ１２２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する緑色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１で反射されて赤色レーザー光と同方向、すなわち第２ダイクロイック膜１４２の方向へ導光される。   The green laser light emitted from the second laser element 120 enters the beam combining prism 140 via the second coupling lens 121 and the second aperture 122. The green laser light incident on the beam combining prism 140 is reflected by the first dichroic film 141 and guided in the same direction as the red laser light, that is, in the direction of the second dichroic film 142.

第３レーザー素子１３０から出射される青色レーザー光は、第３カップリングレンズ１３１と第３アパーチャ１３２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する青色レーザー光は、第２ダイクロイック膜１４２において赤色レーザー光及び緑色レーザー光と同方向に反射される。   The blue laser light emitted from the third laser element 130 enters the beam combining prism 140 through the third coupling lens 131 and the third aperture 132. The blue laser light incident on the beam combining prism 140 is reflected by the second dichroic film 142 in the same direction as the red laser light and the green laser light.

各アパーチャには、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状のものを用いればよい。   Each aperture may have various shapes such as a circle, an ellipse, a rectangle, and a square according to the divergence angle of the light beam.

以上のように、第２ダイクロイック膜１４２を通過する赤色レーザー光及び緑色レーザー光と、第２ダイクロイック膜１４２で反射される青色レーザー光がビーム合成プリズム１４０から出射される。したがって、ビーム合成プリズム１４０から出射されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光が１本のレーザー光束として合成されたものである。   As described above, the red laser light and the green laser light passing through the second dichroic film 142 and the blue laser light reflected by the second dichroic film 142 are emitted from the beam combining prism 140. Therefore, the laser light emitted from the beam combining prism 140 is a combination of red laser light, green laser light, and blue laser light as one laser beam.

ビーム合成プリズム１４０から出射されるレーザー光は、レンズ１５０によって所定の光束径に変換される。この所定の光束径に変換されたレーザー光が、像形成用ビーム１０１である。なお、レンズ１５０は、後述する光偏向器２０に向かって凹面をなすメニスカスレンズである。   Laser light emitted from the beam combining prism 140 is converted into a predetermined beam diameter by the lens 150. The laser beam converted into the predetermined light beam diameter is an image forming beam 101. The lens 150 is a meniscus lens having a concave surface toward the optical deflector 20 described later.

また、光源部１００は図１４に示した構成であってもよい。図１４に示した光源部１００では、第１レーザー素子１１０から射出されるレーザー光をミラー１６０で反射させ、ビーム合成プリズム１６１により、第２レーザー素子１２０から射出されるレーザー光と合成する。ビーム合成プリズム１６１から射出される合成ビームは、第３レーザー素子１３０から射出されるレーザー光とビーム合成プリズム１６２で合成される。したがって、ビーム合成プリズム１６２から射出されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光とが１本のレーザー光束として合成されたものである。なお、第１レーザー素子１１０は青色、第２レーザー素子１２０は緑色、第３レーザー素子１３０は赤色でもよい。   The light source unit 100 may have the configuration shown in FIG. In the light source unit 100 shown in FIG. 14, the laser light emitted from the first laser element 110 is reflected by the mirror 160 and is synthesized by the beam synthesis prism 161 with the laser light emitted from the second laser element 120. The combined beam emitted from the beam combining prism 161 is combined with the laser light emitted from the third laser element 130 by the beam combining prism 162. Accordingly, the laser light emitted from the beam combining prism 162 is a combination of red laser light, green laser light, and blue laser light as one laser beam. The first laser element 110 may be blue, the second laser element 120 may be green, and the third laser element 130 may be red.

像形成用ビーム１０１を構成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色レーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式、すなわち直接変調方式でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式、すなわち外部変調方式でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。   The R (red), G (green), and B (blue) color laser beams constituting the image forming beam 101 correspond to an image signal related to a “two-dimensional color image” to be displayed, or Intensity modulation is performed according to image data indicating image information. The intensity modulation of the laser beam may be a method of directly modulating the semiconductor laser of each color, that is, a direct modulation method, or a method of modulating the laser beam emitted from the semiconductor laser of each color, that is, an external modulation method. That is, each semiconductor laser element emits a laser beam of each color whose emission intensity is modulated by an image signal of each color component of R, G, and B by a driving unit that drives each semiconductor laser element.

なお、光源部１００としてレーザー素子を用いて説明したが、レーザー素子に代えてＬＥＤ素子を用いてもよい。   In addition, although demonstrated using the laser element as the light source part 100, it may replace with a laser element and may use an LED element.

光源部１００は、図１では光軸がＸ軸に略平行となる位置に設置されていたが、これに限られるものではない。図３のように、光軸がＹ軸に略平行となる位置でもよいし、いずれの軸とも異なる方向に設置されていてもよい。光源部１００の設置位置に応じて、走査光学系２００及び観察光学系３００の各部品の位置や角度は異なる。   Although the light source unit 100 is installed at a position where the optical axis is substantially parallel to the X axis in FIG. 1, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3, the optical axis may be a position substantially parallel to the Y axis, or may be installed in a direction different from any axis. The positions and angles of the components of the scanning optical system 200 and the observation optical system 300 differ depending on the installation position of the light source unit 100.

●走査光学系２００の構成
図４に示すように、走査光学系２００は、走査部材の例である光偏向器２０と、カバーガラス２１と、像形成部２２と、を有してなる。 Configuration of Scanning Optical System 200 As shown in FIG. 4, the scanning optical system 200 includes an optical deflector 20, which is an example of a scanning member, a cover glass 21, and an image forming unit 22.

●光偏向器２０の概要
光偏向器２０は、光源部１００から出射される像形成用ビーム１０１を偏向走査し、像形成部２２上を二次元偏向走査する像形成素子である。光偏向器２０は、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。ＭＥＭＳミラーは、ミラー面を主走査方向、副走査方向に揺動して二次元走査を行う。 Overview of Optical Deflector 20 The optical deflector 20 is an image forming element that deflects and scans the image forming beam 101 emitted from the light source unit 100 and performs two-dimensional deflection scanning on the image forming unit 22. The optical deflector 20 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror manufactured as a micro oscillating mirror element by a semiconductor process or the like. The MEMS mirror performs two-dimensional scanning by swinging the mirror surface in the main scanning direction and the sub-scanning direction.

光偏向器２０として用いることができる像形成素子は、上記の例に限るものではない。例えば、光偏向器２０は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する二軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）であってもよい。また、光偏向器２０として用いる像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。   The image forming element that can be used as the optical deflector 20 is not limited to the above example. For example, the optical deflector 20 is composed of a collection of minute mirrors, and each of the minute mirrors is configured to oscillate using two axes orthogonal to each other (DMD: Digital Micromirror Device, Texas Instruments). Further, as the image forming element used as the optical deflector 20, a transmissive liquid crystal element including a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal element that is a liquid crystal device including a reflective liquid crystal panel, or the like may be used.

光偏向器２０において像形成用ビーム１０１が二次元的に偏向されると、偏向されたビームはカバーガラス２１を透過し、走査用ビーム１０２として像形成部２２に入射する。   When the image forming beam 101 is deflected two-dimensionally in the optical deflector 20, the deflected beam passes through the cover glass 21 and enters the image forming unit 22 as a scanning beam 102.

走査用ビーム１０２は、像形成部２２上において主走査方向と副走査方向に走査される。すなわち、光偏向器２０は走査用ビーム１０２を二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、像形成部２２を二次元的に偏向走査する。   The scanning beam 102 is scanned on the image forming unit 22 in the main scanning direction and the sub-scanning direction. That is, the optical deflector 20 deflects the scanning beam 102 biaxially, and the image forming unit 22 is two-dimensionally formed by performing sinusoidal vibration in the main scanning direction and sawtooth vibration in the sub-scanning direction. The deflection scanning is performed.

●像形成部２２の概要
走査用ビーム１０２により像形成部２２を二次元偏向走査することで、中間像が形成される。なお、ここで作成された中間像は、カラーの二次元像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、像形成部２２においてモノクロの中間像を作成するものでもよい。 Outline of Image Forming Unit 22 The image forming unit 22 is two-dimensionally deflected and scanned by the scanning beam 102 to form an intermediate image. The intermediate image created here is a color two-dimensional image. In the present embodiment, a color image is assumed. However, a monochrome intermediate image may be created in the image forming unit 22.

なお、走査用ビーム１０２による二次元偏向走査の各瞬間において、像形成部２２に形成される中間像は「走査用ビーム１０２が、その瞬間に照射している画素のみ」である。したがって、上記の「カラーの二次元像」は、走査用ビーム１０２の二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。   At each moment of the two-dimensional deflection scanning by the scanning beam 102, the intermediate image formed on the image forming unit 22 is “only the pixel irradiated with the scanning beam 102 at that moment”. Accordingly, the above-described “color two-dimensional image” is created as “a set of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning of the scanning beam 102.

●像形成部２２の構成
像形成部２２は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビーム１０２が出射面から拡散して出射される。像形成部２２の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された像形成部２２から出射される拡散光によって中間像が形成される。すなわち、中間像は、像形成部２２の出射面側（観察光学系３００側）に現れる。 Configuration of Image Forming Unit 22 The image forming unit 22 is a microlens array in which fine convex lenses are two-dimensionally arranged, and the scanning beam 102 incident on the fine convex lens is diffused from the emission surface and emitted. Is done. The scanning of the image forming unit 22 is, for example, a raster scan in which the main scanning direction is scanned at a high speed and the sub scanning direction is scanned at a low speed. An intermediate image is formed by the diffused light emitted from the scanned image forming unit 22. That is, the intermediate image appears on the exit surface side (observation optical system 300 side) of the image forming unit 22.

図５に示すように、像形成部２２の表面が属する面上において、光偏向器２０が偏光走査することで走査用ビーム１０２が物理的に照射されうる領域を走査領域Ｇ１と定義する。   As shown in FIG. 5, on the surface to which the surface of the image forming unit 22 belongs, a region where the scanning beam 102 can be physically irradiated when the optical deflector 20 performs polarization scanning is defined as a scanning region G1.

図６を用いて、本実施例における走査領域Ｇ１を２次元走査する際の走査方向について説明する。   With reference to FIG. 6, the scanning direction when the scanning region G1 in this embodiment is two-dimensionally scanned will be described.

図６において、光偏向器２０は、走査領域Ｇ１の垂直方向について、走査部材側から見て下側から上側に向かって走査する。また、光偏向器２０は、走査領域Ｇ１の水平方向について、奇数本目の水平走査は走査領域Ｇ１の左端から右端に向かって走査し、偶数本目の水平走査は直前の水平走査が終了した位置である走査領域Ｇ１右端から左端に向かって走査する２次元走査を行う。つまり、１つの中間像を形成するための２次元走査は、図６において右側最下端から走査が開始され、右上最上端で走査が周章する。以降の説明において走査領域Ｇ１上における水平走査の方向（主走査方向）をＭ軸、垂直走査の方向（副走査方向）をＳ軸とする。また、水平走査方向について奇数本目の水平走査において走査開始側から走査終了端側へ向かう方向を＋Ｍ方向とし、垂直走査方向について走査開始側から走査終了端側へ向かう方向を＋Ｓ方向とする。 In FIG. 6, the optical deflector 20 scans from the lower side to the upper side when viewed from the scanning member side in the vertical direction of the scanning region G1. Further, in the horizontal direction of the scanning region G1, the optical deflector 20 scans the odd-numbered horizontal scan from the left end to the right end of the scanning region G1, and the even-numbered horizontal scan at the position where the previous horizontal scan is finished. Two-dimensional scanning is performed by scanning from the right end to the left end of a certain scanning region G1. That is, in the two-dimensional scanning for forming one intermediate image, the scanning starts from the lowermost right end in FIG. 6 and the scanning is repeated at the uppermost uppermost end. In the following description, the horizontal scanning direction (main scanning direction) on the scanning region G1 is the M axis, and the vertical scanning direction (sub-scanning direction) is the S axis. In the horizontal scanning direction, in the odd-numbered horizontal scanning, the direction from the scanning start side to the scanning end end side is defined as + M direction, and in the vertical scanning direction, the direction from the scanning start side to the scanning end end side is defined as + S direction.

なお、像形成部２２として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、透過スクリーン、拡散板、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを１次元配列したもの、又は３次元配列したものを用いることもできる。   The optical element used as the image forming unit 22 is not limited to the above example, and a transmission screen, a diffusion plate, a reflection screen, or the like may be employed. A plurality of microlenses arranged one-dimensionally or three-dimensionally arranged can also be used.

像形成部２２は、光偏向器２０側が凹面となるように湾曲していてもよい。像形成部２２が平面形状の場合、中間像の像面湾曲が生じる。主走査方向において湾曲形状を有する像形成部２２を用いることで、パワーを有する光学素子を配置することなく像面湾曲の発生を抑えることができる。すなわち、湾曲した像形成部２２は、パワーを有する光学素子による中間像の解像度や画質の低下を防ぐことができる。   The image forming unit 22 may be curved so that the optical deflector 20 side is concave. When the image forming unit 22 has a planar shape, the field curvature of the intermediate image occurs. By using the image forming unit 22 having a curved shape in the main scanning direction, it is possible to suppress the occurrence of curvature of field without disposing an optical element having power. In other words, the curved image forming unit 22 can prevent degradation of the resolution and image quality of the intermediate image due to the optical element having power.

図６に示すように、走査領域Ｇ１は、中間像を形成する像形成領域Ｇ１０及び中間像を形成しない非像形成領域Ｇ１１に区分される。   As shown in FIG. 6, the scanning region G1 is divided into an image forming region G10 that forms an intermediate image and a non-image forming region G11 that does not form an intermediate image.

本実施の形態においては、走査領域Ｇ１の略中央に像形成領域Ｇ１０が配置されており、非像形成領域Ｇ１１は、像形成領域Ｇ１０の各辺の外側に、像形成領域Ｇ１０を取り囲むように配置されている。換言すると、非像形成領域Ｇ１１の外縁は、像形成領域Ｇ１０の外縁より大きい。   In the present embodiment, the image forming region G10 is disposed substantially at the center of the scanning region G1, and the non-image forming region G11 surrounds the image forming region G10 outside each side of the image forming region G10. Has been placed. In other words, the outer edge of the non-image forming region G11 is larger than the outer edge of the image forming region G10.

像形成領域Ｇ１０は、光偏向器２０が偏光走査することにより走査用ビーム１０２が照射されると、中間像が形成される領域である。この像形成領域Ｇ１０を光偏向器２０が走査するタイミング、換言すると、走査光路が像形成領域Ｇ１０に至るタイミングにおいては、形成する中間像の情報と光偏向器２０の走査する位置情報とに基づいて、光源部１００が明滅する。   The image forming region G10 is a region where an intermediate image is formed when the scanning beam 102 is irradiated by the optical deflector 20 performing polarization scanning. The timing at which the optical deflector 20 scans the image forming area G10, in other words, the timing at which the scanning optical path reaches the image forming area G10, is based on the information on the intermediate image to be formed and the position information on which the optical deflector 20 scans. Thus, the light source unit 100 blinks.

非像形成領域Ｇ１１は、光偏向器２０が偏光走査することにより走査用ビーム１０２が照射されても、中間像が形成されない領域である。本実施例では、この非像形成領域Ｇ１１を光偏向器２０が走査するタイミング、換言すると、走査光路が非像形成領域Ｇ１１に至るタイミングにおいては、光偏向器２０の走査する位置情報に基づいて、必要なタイミング以外では光源部１００は消灯している。必要なタイミングとは、後述する走査タイミングを検出するタイミングや走査用ビーム１０２の光量測定を行なうタイミングである。   The non-image forming region G11 is a region where an intermediate image is not formed even when the scanning beam 102 is irradiated by the optical deflector 20 performing polarization scanning. In this embodiment, the timing at which the optical deflector 20 scans the non-image forming area G11, in other words, the timing at which the scanning optical path reaches the non-image forming area G11, is based on the position information scanned by the optical deflector 20. The light source unit 100 is turned off except for the necessary timing. The necessary timing is a timing for detecting a scanning timing, which will be described later, and a timing for measuring the light amount of the scanning beam 102.

図７に示すように、非像形成領域Ｇ１１内に、検知領域Ｇ１２、検知領域Ｇ２２が配置されている。また、水平走査方向において検知領域Ｇ１２および検知領域Ｇ２２の間には、非検知領域Ｇ１３が定義される。   As shown in FIG. 7, a detection area G12 and a detection area G22 are arranged in the non-image forming area G11. In addition, a non-detection region G13 is defined between the detection region G12 and the detection region G22 in the horizontal scanning direction.

図８に示すように、検知領域Ｇ１２には、走査用ビーム１０２の受光を検知する第１検知部２２１が配置されている。検知領域Ｇ１２は、第１検知部２２１を配置するのに必要な面積のみを備える微小な領域である。   As shown in FIG. 8, a first detection unit 221 that detects reception of the scanning beam 102 is arranged in the detection region G12. The detection region G12 is a minute region having only an area necessary for arranging the first detection unit 221.

検知領域Ｇ２２には、走査用ビーム１０２の受光を検知する第２検知部２２２が配置されている。検知領域Ｇ２２は、検知領域Ｇ１２と同様、第２検知部２２２を配置するのに必要な面積のみを備える微小な領域である。第１検知部２２１及び第２検知部２２２は、例えばフォトダイオードである。   In the detection region G22, a second detection unit 222 that detects reception of the scanning beam 102 is disposed. Like the detection region G12, the detection region G22 is a minute region having only an area necessary for arranging the second detection unit 222. The first detection unit 221 and the second detection unit 222 are, for example, photodiodes.

本実施の形態においては、検知領域Ｇ１２及び検知領域Ｇ２２は、垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０が走査される前の領域に、水平走査方向において像形成領域Ｇ１０の両端部付近に配置されている。検知領域Ｇ１２および検知領域Ｇ２２を配置するために、非像形成領域Ｇ１１における像形成領域Ｇ１０が走査される前の領域は、像形成領域Ｇ１０が走査された後の領域よりも広くなっている。   In the present embodiment, the detection region G12 and the detection region G22 are arranged in the region before the image forming region G10 is scanned in the vertical scanning direction and in the vicinity of both ends of the image forming region G10 in the horizontal scanning direction. . In order to arrange the detection region G12 and the detection region G22, the region before the image formation region G10 in the non-image formation region G11 is scanned is wider than the region after the image formation region G10 is scanned.

第１検知部２２１および第２検知部２２２をこのように配置することにより、１つの中間像を形成する走査開始タイミングだけでなく、中間像における水平方向の走査タイミングを検出することが出来、走査タイミングを適切に調整して良好な中間像を形成している。   By arranging the first detection unit 221 and the second detection unit 222 in this way, not only the scanning start timing for forming one intermediate image but also the horizontal scanning timing in the intermediate image can be detected. A good intermediate image is formed by adjusting the timing appropriately.

図９に示すように、本実施の形態においては、非像形成領域Ｇ１１における像形成領域Ｇ１０の左右両側の領域を光量測定領域Ｇ３０としている。そして、光量測定領域Ｇ３０にて、像形成領域Ｇ１０に照射される走査用ビーム１０２の光量測定を行っている。光偏向器２０が光量測定領域Ｇ３０を走査しているときに、像形成用ビーム１０１の一部をハーフミラーにより分光し測定系に入射させて光量を測定する。像形成用ビーム１０１の残りの光束は光偏向器２０に入射するが、光偏向器２０で走査され光量測定領域Ｇ３０に至るため、中間像に影響を与えることはない。   As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the left and right regions of the image forming region G10 in the non-image forming region G11 are used as the light amount measuring region G30. The light amount of the scanning beam 102 irradiated to the image forming region G10 is measured in the light amount measurement region G30. When the optical deflector 20 scans the light quantity measurement region G30, a part of the image forming beam 101 is split by a half mirror and incident on the measurement system to measure the light quantity. The remaining light beam of the image forming beam 101 is incident on the optical deflector 20, but is scanned by the optical deflector 20 and reaches the light amount measurement region G30, so that the intermediate image is not affected.

このように、非像形成領域Ｇ１１は、良好な中間像を形成するために有用な構成である。そして、非像形成領域Ｇ１１のうち検知領域Ｇ１２以外の領域、例えば非像形成領域Ｇ１１の主走査方向において検知領域Ｇ１２と検知領域Ｇ２２との間の領域である非検知領域Ｇ１３や光量測定領域Ｇ３０には、走査用ビーム１０２が入射する必要はなく、前述したように、光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０から非検知領域Ｇ１３や光量測定領域Ｇ３０に至る走査光路上に部品が配置されていても差し支えない。   As described above, the non-image forming region G11 is a useful configuration for forming a good intermediate image. A non-detection region G13 or a light amount measurement region G30, which is a region other than the detection region G12 in the non-image formation region G11, for example, a region between the detection region G12 and the detection region G22 in the main scanning direction of the non-image formation region G11. In this case, the scanning beam 102 does not need to be incident, and the light source unit 100 is turned off as described above. Therefore, parts may be arranged on the scanning optical path from the optical deflector 20 to the non-detection region G13 and the light amount measurement region G30.

図４及び図１０に示すように、光偏向器２０から非検知領域Ｇ１３に至る走査光路上には、光源部１００の部品の一部が配置されている。言い換えれば、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察すると、光源部１００の少なくとも一部が非像形成領域Ｇ１１と重複して配置されている。詳しくは、光偏向器２０の偏向面の中心位置から走査領域Ｇ１の中心位置を見た場合の視野において、光源部１００の少なくとも一部が非像形成領域Ｇ１１と重複して配置されている。以降の説明において、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察する際には、いずれも上述の視野で観察しているものとする。   As shown in FIGS. 4 and 10, some of the components of the light source unit 100 are arranged on the scanning optical path from the optical deflector 20 to the non-detection region G13. In other words, when the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, at least a part of the light source unit 100 is disposed so as to overlap with the non-image forming region G11. Specifically, at least a part of the light source unit 100 overlaps with the non-image forming region G11 in the field of view when the center position of the scanning region G1 is viewed from the center position of the deflecting surface of the optical deflector 20. In the following description, when observing the scanning region G1 from the optical deflector 20 side, it is assumed that all are observed in the above-described visual field.

光源部１００の少なくとも一部とは、本実施形態においてはレンズ１５０である。非像形成領域Ｇ１１と重複して配置される部品はレンズ１５０に限られず、光源部１００の他の部品、例えばレンズ１５０を保持する保持部材、例えば鏡筒であってもよい。   At least a part of the light source unit 100 is a lens 150 in the present embodiment. The component arranged overlapping the non-image forming region G11 is not limited to the lens 150, but may be another component of the light source unit 100, for example, a holding member that holds the lens 150, for example, a lens barrel.

図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて、上記構成の効果を説明する。図１１Ａは本実施の形態に係る表示装置（以下、「本表示装置」ともいう。）における光路の様子を示し、図１１Ｂは従来の表示装置における光路を示す。図１１Ａと図１１Ｂに示す走査領域Ｇ１は同一である。   The effect of the above configuration will be described with reference to FIGS. 11A and 11B. FIG. 11A shows a state of an optical path in a display device according to this embodiment (hereinafter also referred to as “the present display device”), and FIG. 11B shows an optical path in a conventional display device. The scanning region G1 shown in FIGS. 11A and 11B is the same.

走査光路１０２１および走査光路１０２２は、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の−Ｓ側の端部を走査しているときに、光源部１００から射出された光束が光偏向器２０に入射した場合に走査領域Ｇ１に至るまでの光路を示す。走査光路１０２３および走査光路１０２４は、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの光偏向器２０から走査領域Ｇ１に至るまでの光路を示す。なお、実際には、光源部１００は光偏向器２０が走査する位置に応じて点灯する。例えば、光源部１００は、光偏向器２０が走査している位置が、中間像を形成するために必要な位置や第１検知部２２１および第２検知部２２２を走査する位置であるタイミングで点灯する。つまり、走査光路１０２１〜１０２４は、光路を示しているに過ぎず、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の−Ｓ側又は＋Ｓ側の端部を走査しているタイミングにおいて、実際の光束が光偏向器２０に入射している様子を示しているわけではない。   The scanning optical path 1021 and the scanning optical path 1022 are obtained when the light beam emitted from the light source unit 100 is incident on the optical deflector 20 while the optical deflector 20 is scanning the −S side end of the scanning region G1. The optical path to the scanning area G1 is shown. A scanning optical path 1023 and a scanning optical path 1024 indicate optical paths from the optical deflector 20 to the scanning area G1 when the optical deflector 20 is scanning the + S side end of the scanning area G1. In practice, the light source unit 100 is lit according to the position scanned by the optical deflector 20. For example, the light source unit 100 is lit at a timing at which the position scanned by the optical deflector 20 is a position necessary for forming an intermediate image or a position where the first detection unit 221 and the second detection unit 222 are scanned. To do. That is, the scanning optical paths 1021 to 1024 are merely optical paths, and the actual light beam is optically deflected at the timing when the optical deflector 20 scans the −S side or + S side end of the scanning region G1. It does not show that the light is incident on the vessel 20.

図１１Ａに示すように、本表示装置においては、走査光路１０２１上に、レンズ１５０が配置されている。一方、図１１Ｂに示すように、従来の表示装置においては、レンズ１５０は走査光路１０２２よりも−Ｓ側に配置されている。走査光路１０２１へ至る光線が光偏向器２０へ入射する前の像形成用ビーム１０１の光軸と入射後の光軸、すなわち走査光路１０２１又は走査光路１０２２の光軸とが成す角度を比較すると、本表示装置の方が従来の表示装置に比べて小さい。すなわち、本表示装置における像形成用ビーム１０１の光軸と走査光路１０２１とがなす偏向角θ１は、従来の表示装置における像形成用ビーム１０１の光軸と走査光路１０２２とがなす偏向角θ２よりも小さい。したがって、走査領域Ｇ１を光源部１００から射出された光線の光軸へ近づけることができる。   As shown in FIG. 11A, in the present display device, a lens 150 is disposed on the scanning optical path 1021. On the other hand, as shown in FIG. 11B, in the conventional display device, the lens 150 is arranged on the −S side with respect to the scanning optical path 1022. When the optical axis of the image forming beam 101 before the light beam reaching the scanning optical path 1021 enters the optical deflector 20 and the optical axis after the incidence, that is, the angle formed by the optical axis of the scanning optical path 1021 or the scanning optical path 1022 are compared, This display device is smaller than the conventional display device. That is, the deflection angle θ1 formed by the optical axis of the image forming beam 101 and the scanning optical path 1021 in the present display device is greater than the deflection angle θ2 formed by the optical axis of the image forming beam 101 and the scanning optical path 1022 in the conventional display device. Is also small. Therefore, the scanning region G1 can be brought close to the optical axis of the light beam emitted from the light source unit 100.

本表示装置において、像形成用ビーム１０１の光軸と光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの走査領域Ｇ１に至るまでの光路、すなわち走査光路１０２３との角度を偏向角θ３とする。従来の表示装置において、像形成用ビーム１０１の光軸と光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの走査領域Ｇ１に至るまでの光路、すなわち走査光路１０２４との角度を偏向角θ４とする。偏向角θ３および偏向角θ４は、副走査方向における光偏向器２０の最大偏向角度である。このとき、偏向角θ３は偏向角θ４よりも小さい。つまり、本表示装置は、副走査方向における光偏向器２０の最大偏向角度を小さくすることができる。   In this display device, the optical axis of the image forming beam 101 and the optical path to the scanning region G1 when the optical deflector 20 scans the + S side end of the scanning region G1, that is, the scanning optical path 1023. The angle is defined as a deflection angle θ3. In the conventional display device, the optical path to the scanning region G1 when the optical axis of the image forming beam 101 and the optical deflector 20 are scanning the + S side end of the scanning region G1, that is, the scanning optical path 1024 Is the deflection angle θ4. The deflection angle θ3 and the deflection angle θ4 are the maximum deflection angles of the optical deflector 20 in the sub-scanning direction. At this time, the deflection angle θ3 is smaller than the deflection angle θ4. That is, this display device can reduce the maximum deflection angle of the optical deflector 20 in the sub-scanning direction.

本実施の形態では、走査領域Ｇ１を光源部１００から射出された光束の光軸へ近づけることができるため、走査領域のＳ方向において、光偏向器２０が＋Ｓ端を走査する際の偏向角θ３が小さくて済む。言い換えれば、本表示装置における像形成用ビーム１０１と走査領域Ｇ１上端との距離２０１は、従来の表示装置における像形成用ビーム１０１と走査領域Ｇ１上端との距離２０２よりも小さい。すなわち、装置を小型化することができる。   In the present embodiment, since the scanning region G1 can be brought close to the optical axis of the light beam emitted from the light source unit 100, the deflection angle θ3 when the optical deflector 20 scans the + S end in the S direction of the scanning region. Is small. In other words, the distance 201 between the image forming beam 101 and the upper end of the scanning region G1 in the present display device is smaller than the distance 202 between the image forming beam 101 and the upper end of the scanning region G1 in the conventional display device. That is, the apparatus can be reduced in size.

移動体内部に搭載されるＨＵＤ１においては、装置を小型化することにより、車内空間を有効利用することができる。図３のように、像形成用ビーム１０１が移動体の高さ方向（＋Ｙ方向）に平行で、像形成部２２の断面がＹＺ平面上において傾いている場合、ＨＵＤ１のＺ方向の長さが小さくなる。ＨＵＤ１は、観察者３の足元付近に設置されるため、装置のＺ方向の長さが小さくなることで観察者３の足元のスペースを広くすることができる。   In the HUD 1 mounted inside the moving body, the interior space can be effectively used by downsizing the device. As shown in FIG. 3, when the image forming beam 101 is parallel to the height direction (+ Y direction) of the moving body and the cross section of the image forming unit 22 is inclined on the YZ plane, the length of the HUD 1 in the Z direction is Get smaller. Since the HUD 1 is installed near the foot of the observer 3, the space in the foot of the observer 3 can be widened by reducing the length of the device in the Z direction.

移動体内部におけるＨＵＤ１の各光学系の配置は、上記に限られない。移動体のＸＹＺ座標系における距離２０１の位置は、ＨＵＤ１の各光学系の位置関係により異なる。ＨＵＤ１の装置の大きさは、ＸＹＺ座標系において距離２０１が対応する方向に小さくなる。   The arrangement of the optical systems of the HUD 1 inside the moving body is not limited to the above. The position of the distance 201 in the XYZ coordinate system of the moving body differs depending on the positional relationship of each optical system of the HUD 1. The size of the HUD 1 device decreases in the direction corresponding to the distance 201 in the XYZ coordinate system.

本実施の形態においては、防塵等を目的として光偏向器２０の前面にカバーガラス２１が配置されている。本発明によれば光偏向器２０で偏向された光線が通過する領域が狭くなるため、カバーガラス２１を小さくすることができる。   In the present embodiment, a cover glass 21 is disposed on the front surface of the optical deflector 20 for the purpose of dust prevention and the like. According to the present invention, since the region through which the light beam deflected by the optical deflector 20 passes becomes narrow, the cover glass 21 can be made small.

レンズ１５０は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、非像形成領域Ｇ１１のうち垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０よりも外側の領域において、第１検知部２２１よりも水平走査方向において中央部寄りに配置されている。この領域は、前述したように、走査用ビーム１０２が入射する必要がない領域であり、光偏向器２０がこの領域を走査するタイミングにおいて光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０からこの領域に至る走査光路上にレンズ１５０を配置することで、装置を小型化することができる。   When the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, the lens 150 scans more horizontally than the first detection unit 221 in a region outside the image forming region G10 in the vertical scanning direction in the non-image forming region G11. It is arranged near the center in the direction. As described above, this region is a region where the scanning beam 102 does not need to be incident, and the light source unit 100 is turned off at the timing when the optical deflector 20 scans this region. Therefore, the apparatus can be miniaturized by disposing the lens 150 on the scanning optical path from the optical deflector 20 to this region.

レンズ１５０は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、非像形成領域Ｇ１１のうち垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０よりも外側の領域において、検知領域Ｇ１２と検知領域Ｇ２２の水平走査方向における間に配置されている。検知領域Ｇ１２及びＧ２２の間の領域は、前述したように、走査用ビーム１０２が入射する必要がない領域であり、光偏向器２０がこの領域を走査するタイミングにおいて光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０から検知領域Ｇ１２及びＧ２２の間の領域に至る走査光路上にレンズ１５０を配置することで、装置を小型化することができる。   When the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, the lens 150 is positioned horizontally between the detection region G12 and the detection region G22 in a region outside the image formation region G10 in the vertical scanning direction in the non-image formation region G11. They are arranged in the scanning direction. As described above, the region between the detection regions G12 and G22 is a region where the scanning beam 102 does not need to be incident, and the light source unit 100 is turned off at the timing when the optical deflector 20 scans this region. . Therefore, the apparatus can be miniaturized by disposing the lens 150 on the scanning optical path from the optical deflector 20 to the region between the detection regions G12 and G22.

具体的な動作としては、光源部１００は、第１検知部２２１が走査用ビーム１０２を検知すると、一定時間消灯する。すなわち、光偏向器２０がレンズ１５０上を走査しているとき、光源部１００は消灯する。この構成により、走査用ビーム１０２がレンズ１５０に入射しないため、レンズ１５０が走査光路上に配置されていることによるゴースト光の発生を防ぐことができる。   As a specific operation, the light source unit 100 is turned off for a predetermined time when the first detection unit 221 detects the scanning beam 102. That is, when the optical deflector 20 scans the lens 150, the light source unit 100 is turned off. With this configuration, since the scanning beam 102 does not enter the lens 150, it is possible to prevent the generation of ghost light due to the lens 150 being disposed on the scanning optical path.

図１２に示すように、像形成領域Ｇ１０のＳ方向において＋Ｓ端側の領域Ｇ１４に至る走査光路上に、部品１５１が配置されていてもよい。すなわち、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察したときに、領域Ｇ１４に部品１５１が重複して配置されていてもよい。同図においては、部品１５１はレンズ１５０以外の部品である。   As shown in FIG. 12, the component 151 may be arranged on the scanning optical path reaching the region G14 on the + S end side in the S direction of the image forming region G10. That is, when the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, the component 151 may be disposed overlapping the region G14. In the figure, the component 151 is a component other than the lens 150.

検知領域Ｇ１２は像形成領域Ｇ１０のＳ方向において−Ｓ端側でありＭ方向において−Ｍ端側に、検知領域Ｇ２２は像形成領域Ｇ１１のＳ方向において＋Ｓ端側でありＭ方向において＋Ｍ端側に配置されている。部品１５２は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、水平走査方向において平行な方向に第２検知部２２２と並んで配置されている。第２検知部２２２の水平走査方向において平行な方向に並んだ領域Ｇ１４は非検知領域Ｇ１３と同様に同期検知に用いられない領域であることから、像形成領域Ｇ１０の上方の領域にも部品を配置することができる。   The detection region G12 is on the −S end side in the S direction of the image forming region G10 and on the −M end side in the M direction, and the detection region G22 is on the + S end side in the S direction of the image forming region G11 and on the + M end side in the M direction. Is arranged. When the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, the component 152 is arranged side by side with the second detection unit 222 in a direction parallel to the horizontal scanning direction. Since the region G14 aligned in the direction parallel to the horizontal scanning direction of the second detection unit 222 is a region that is not used for synchronization detection like the non-detection region G13, components are also placed in the region above the image formation region G10. Can be arranged.

図１３に示すように、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、像形成領域Ｇ１０の左右に配置された光量測定領域Ｇ３０の一方の領域Ｇ１５に、部品１５２が配置されていてもよい。同図では、検知領域Ｇ１２は像形成領域Ｇ１０のＳ方向において−Ｓ端側でありＭ方向において＋Ｍ端側に、検知領域Ｇ２２は像形成領域Ｇ１１のＳ方向において＋Ｓ端側でありＭ方向において−Ｍ端側に配置されている。そして、像形成領域Ｇ１０の左方の光量測定領域Ｇ３０に至る走査光路上に、部品１５２が配置されている。部品１５２は、レンズ１５０以外の部品であるが、同走査光路上にレンズ１５０が配置されていてもよい。   As shown in FIG. 13, when the scanning region G1 is observed from the optical deflector 20 side, the component 152 is disposed in one region G15 of the light amount measuring region G30 disposed on the left and right of the image forming region G10. Also good. In the figure, the detection region G12 is on the −S end side in the S direction of the image forming region G10 and on the + M end side in the M direction, and the detection region G22 is on the + S end side in the S direction of the image forming region G11 and in the M direction. -It is arranged on the M end side. A component 152 is arranged on the scanning optical path reaching the light amount measurement region G30 on the left side of the image forming region G10. The component 152 is a component other than the lens 150, but the lens 150 may be disposed on the same scanning optical path.

像形成部２２の近傍に配置する必要のある部品を適宜上記走査光路上に配置することにより、図１１Ａにおける距離２０１を小さくすることができる。すなわち、上記構成によれば、装置を小型化することができる。   By appropriately arranging components that need to be disposed in the vicinity of the image forming unit 22 on the scanning optical path, the distance 201 in FIG. 11A can be reduced. That is, according to the said structure, an apparatus can be reduced in size.

１ ヘッドアップディスプレイ
２０ 光偏向器
２２ 像形成部
Ｇ１ 走査領域
Ｇ１０ 像形成領域
Ｇ１１ 非像形成領域
Ｇ１２ 検知領域
Ｇ１３ 非検知領域
１００ 光源部
２００ 走査光学系
３００ 観察光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head up display 20 Optical deflector 22 Image formation part G1 Scan area G10 Image formation area G11 Non-image formation area G12 Detection area G13 Non-detection area 100 Light source part 200 Scanning optical system 300 Observation optical system

特許５３７０４２７号Patent 5370427

Claims (9)

光源と、
前記光源から射出される光束を走査領域に向かって、第一の方向及び前記第一の方向と直交する第二の方向とからなる二次元に偏向走査する走査部材と、
前記光源から射出される光束を前記走査部材へと入射する入射光学系と、
を有し、
前記走査領域は、第一の領域と、前記第一の領域の周囲に前記第一の領域を囲んで配置された第二の領域とを有し、
前記入射光学系の少なくとも一部は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域と重複して配置されている、光走査装置。 A light source;
A scanning member that deflects and scans the light beam emitted from the light source in a two-dimensional direction, which is formed of a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, toward a scanning region;
An incident optical system that makes a light beam emitted from the light source incident on the scanning member;
Have
The scanning region has a first region and a second region disposed around the first region and surrounding the first region,
At least a part of the incident optical system overlaps with the second region on one side obtained by dividing the scanning region by a line segment parallel to the first direction when the scanning region is observed from the scanning member side. The optical scanning device is arranged in the same manner. 前記走査部材による偏向走査の同期を検知するための同期検知素子を有し、
前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域に配置され、
前記入射光学系の少なくとも一部は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域において、前記同期検知素子と前記第一の方向に平行な方向に並んで配置されている、請求項１記載の光走査装置。 A synchronization detecting element for detecting the synchronization of deflection scanning by the scanning member;
The synchronization detecting element is disposed in the second region on one side of the scanning region divided by a line segment parallel to the first direction,
When at least a part of the incident optical system observes the scanning region from the scanning member side, in the second region on one side that bisects the scanning region by a line segment parallel to the first direction, The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is arranged side by side in a direction parallel to the synchronization detection element and the first direction. 前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の端部付近に配置され、
前記入射光学系の少なくとも一部は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記同期検知素子よりも前記第一の方向において中央部寄りに配置されている、請求項２記載の光走査装置。 The synchronization detection element is the second region on one side obtained by dividing the scanning region by a line segment parallel to the first direction, and is outside the first region in the second direction. In the area, the first area is arranged near an end when scanning in the first direction,
At least a part of the incident optical system is the second region on one side that bisects the scanning region with a line segment parallel to the first direction, and the first region in the second direction. 3. The optical scanning device according to claim 2, wherein the optical scanning device is disposed closer to a center portion in the first direction than the synchronization detection element in a region outside. 前記走査部材による偏向走査の同期を検知するための前記同期検知素子とは異なる第二の同期検知素子を有し、
前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の一方の端部付近に配置され、
前記第二の同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の他方の端部付近に配置され、
前記入射光学系の少なくとも一部は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域の前記第一の方向において、前記同期検知素子と前記第二の同期検知素子との間に配置されている、請求項３記載の光走査装置。 A second synchronization detecting element different from the synchronization detecting element for detecting the synchronization of the deflection scanning by the scanning member;
The synchronization detection element is the second region on one side obtained by dividing the scanning region by a line segment parallel to the first direction, and is outside the first region in the second direction. In the area, the first area is arranged near one end when scanning in the first direction,
The second synchronization detection element is the second region on one side obtained by dividing the scanning region by a line segment parallel to the first direction, and is more than the first region in the second direction. Is also disposed in the outer region near the other end when scanning the first region in the first direction,
At least a part of the incident optical system is the second region on one side that bisects the scanning region with a line segment parallel to the first direction, and the first region in the second direction. 4. The optical scanning device according to claim 3, wherein the optical scanning device is disposed between the synchronization detection element and the second synchronization detection element in the first direction of the outer region. 前記第一の方向は水平走査方向であり、前記第二の方向は垂直走査方向である、請求項１乃至４記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein the first direction is a horizontal scanning direction, and the second direction is a vertical scanning direction. 前記入射光学系の少なくとも一部は、前記入射光学系における光学素子である、請求項１乃至５記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein at least a part of the incident optical system is an optical element in the incident optical system. 前記入射光学系の少なくとも一部は、前記入射光学系において光学素子を保持する保持部材である、請求項１乃至５記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein at least a part of the incident optical system is a holding member that holds an optical element in the incident optical system. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置を備え、
前記走査部材が前記第一の領域を走査することにより形成された像を投影する、投影装置。 An optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
A projection device that projects an image formed by the scanning member scanning the first region. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置を備え、
前記走査部材が前記第一の領域を走査することにより形成された像を表示する、表示装置。

An optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
A display device that displays an image formed by the scanning member scanning the first region.

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